روایات مورخین یونانی نیز حاکی است که این شهر در دورهٔ مادها (از اواخر قرن هشتم تا نیمهٔ اول قرن ششم قبل از میلاد)، مدتها مرکز امپراتوری مادها بوده‌است و پس از انقراض آنها نیز به عنوان یکی از پایتخت‌های هخامنشی (پایتخت تابستانی و احتمالاً محل خزانهٔ آنها) به شمار می‌رفته‌است. گفته‌های هردوت مورخ یونانی، در قرن پنجم قبل از میلاد، مهم‌ترین ماخذ تاریخی در این مورد است. وی بنای اولیه این شهر را به «دایااکو» نخستین شهریار ماد نسبت می‌دهد (۷۲۸ قبل از میلاد). هرودوت اوضاع سیاسی و اقتصادی نامناسب قوم ماد را در دستیابی دیااکو به قدرت موثر می‌داند.

دیگر مورخین یونانی چون پلیبیوس، کتزیاس، ژوستین و گزنفون نیز دربارهٔ هگمتانه مطالبی جمع‌آوری کرده‌اند. دیااکو پس از اینکه هگمتانه را به پایتختی خود برگزید، تصمیم به ساخت قصری عظیم و مستحکم، به صورت هفت قلعهٔ تو در تو، گرفت. به طوری که کاخ پادشاهی و خزانه، در درون قلعهٔ هفتم قرار داشته باشند. دیااکو به تقلید از رنگ‌آمیزی قصرهای بابلی دستور داده بود، کنگره‌های هر قلعه را به رنگی مخصوص در آورند.

به این ترتیب: رنگ کنگره‌های قلعه اول؛ سفید، دومی؛ سیاه، سومی؛ ارغوانی، چهارمی؛ آبی، پنجمی؛ نارنجی و کنگره در باروی داخلی؛ سیمین و زرین بودند. محیط بیرونی‌ترین دیوار قلعه، تقریباً به اندازهٔ حصار شهر آتن بوده‌است.

قصر شاهی، که در آخرین قلعهٔ درونی بر پا شده بود، دارای صدها اتاق بوده و مردم نیز خانه‌های خود را بیرون این قلعه‌ها و در کنار آن ساخته بودند. بنا به درخواست دیااکو، قوم ماد شهرهای کوچکی را که در آن می‌زیسته‌اند، رها ساخته و پایتخت را مورد توجه قرار دادند و در اطراف قلعه شاهی، خانه‌های خود را بنا کردند.

پلیبیوس مورخ یونانی (۲۰۴ تا ۱۳۲ قبل از میلاد) می‌نویسد: «در دامان کوه اورنت، («اورنت» یا «اورانتس» = الوند)، شهر هگمتانه با قلعه و ارگ مستحکم و حیرت‌آوری قرار گرفته و قصر شاهی در داخل آخرین قلعه آن استوار گردیده‌است. وضع ساختمانی، آرایش عجیب و تزئیناتی که در آن به کار رفته به نحوی بوده، که توصیف آن مبالغه‌آمیز به نظر می‌رسد. چوب‌هایی که در آن به مصرف رسیده، پوشیده از زر و سیم است. درها، ستون‌ها و رواقهای آن، با هزاران گونه کنده‌کاری و نقش و نگار آراسته شده‌اند. یک دیوار بی‌پیرایه و یک تیر عاری از زیور، در آن کاخ نیست. حتی کاشی‌هایی که زینت‌بخش «ازاره‌ها» و دیواره‌های درونی قصر است، با پوششی از آب نقره، سیم اندود گشته و همهٔ چوب‌ها از جنس سرو و کاج هستند.»

کتزیاس مورخ یونانی و پزشک معروف اردشیر دوم هخامنشی (۴۰۴ تا ۳۰۵ قبل از میلاد) می‌نویسد: ««سمیرامین» ملکهٔ آشور، پس از دیدن وضعیت شهر و موقعیت مناسب آن دستور داده، که برای او در آنجا کاخی بسازند و چون دیده‌است که در شهر جدیدالاحداث کمبود آب وجود دارد، دستور داده تا با صرف هزینه‌ای گزاف، نهری ساخته و آب دریاچه‌ای را که در آن سوی کوه اورنت (الوند) است، به این شهر سرازیر نمایند.»

ابوبکر احمد بن محمد اسحاق همدانی – معروف به ابن فقیه - در کتاب «همدان بزرگ‌ترین شهر جبال و حدود چهار فرسنگ در چهار فرسنگ بوده‌است.»

بخت النصر بعد از فتح و ویرانی بیت المقدس، فرمانده‌ای به نام صقلاب را به قصد تصرف همدان می‌فرستد، ولی وی با عدم موفقیت مواجه‌شده و طی نامه‌ای به بخت النصر می‌نویسد: «من به شهری آمده‌ام، دارای بارویی بلند و سرکش و مردمی بسیار و کوی و برزن‌هایی فراخ و رودهای فراوان.».

اسکلت انسانی در موزه هگمتانه که به همان شکل کشف شده نگهداری می‌شود

شهر هگمتانه را اقوام آریایی ماد بنا نهادند و آن را پایتخت نخستین شاهنشاهی ایرانی قرار دادند. هرودوت بنای آنرا به دیاکو نخستین شاه ماد نسبت داده و گفته‌است که هفت دیوار داشته که هر کدام به رنگ یکی از سیاره‌ها بوده‌است. ولی گروهی از دانشمندان بنای آن را به فرورتیش، سومین شاه ماد نسبت داده‌اند.

برخی معتقدند که «کَر کَشی» که در لوح‌های آشوریان به آن اشاره شده، در محل همدان بوده‌است. آشوریان باستان به شهرهای قوم کاسی، عنوان «کار کاشی» داده بودند، که “ کار“ به معنی قرارگاه یا منزلگاه و “ کاشی “اسم قوم“ کاسی“ است. و از این رو گویند که اسم قبلی هگمتانه، «اکسایا» یعنی شهر کاسی‌ها بوده‌است.

مادها، گروهی از اقوام آریایی بودند، که در شمال، مرکز و غرب ایران ساکن شدند. عواملی مانند: رشد اجتماعی و فرهنگی، تماس با گروه‌های بومی ساکن فلات ایران، وجود همسایگانی قدرتمند و احساس نیازهای جدید سیاسی و اجتماعی، آنها را وادار به اتحاد و ایجاد حکومتی مقتدر نمود، به طوری که قوی‌ترین قوم آن روزگار یعنی آشوری‌ها را، برای همیشه از صفحهٔ روزگار محو کردند.

امروزه عموم باستان شناسان، تپهٔ باستانی هگمتانه، واقع در مرکز شهر همدان را - که وسیع‌ترین تپه باستانی ایران است - بقایای ابنیهٔ کاسی، مادی، هخامنشی و بعد از آن می‌دانند. مساحت این تپه حدود ۳۰ هکتار می‌باشد، که با در نظر گرفتن بخش‌هایی که جزء محدودهٔ تپهٔ باستانی بوده، ولی اینک ساختمانهای مسکونی بر روی آن ساخته شده، به بیش از ۴۰ هکتار نیز می‌رسد.

این تپهٔ بیضی شکل، در داخل محدودهٔ شهر فعلی همدان در دو سوی خیابان اکباتان(آیباتان) واقع شده‌است. این واژه در زبان یونان به صورت «اکباتانا» در آمده‌است و در کتیبه‌های عیلامی به صورت «آی ماتونو»(آی توتولان) آمده‌است. برخی نیز معتقدند: «امدانه» یا «آمادای» که در پادشاه آشور آمده، به این محل اطلاق می‌شده‌است. «هگمتانه» در زبان ارمنی «اهمتان»، در زبان سریانی و پهلوی «اهمدان» و در گویش نویسندگان عرب «همدان» و در تورات «احتمانا» گفته شده‌است.

همچنین، سکه‌هایی از عهد ساسانی کشف شده که محل ضرب آنها «اهمتان» قید شده‌است. نخستین اشارهٔ مکتوب به نام مادها و سرزمین ماد، در سالنامهٔ بیست و چهارم (۸۳۶ قبل از میلاد) و سارگن دوم (۷۱۵ قبل از میلاد) بوده‌است که از این قوم و سرزمین آنان به نام «مادای» یا «آمادای»(آماد=ترکی سومری مادر+آی =ماهترکی) یاد کرده‌اند.

تپه هَگْمَتانه(آیباتان) تپه‌ای تاریخی با پیشینه‌ای متعلق به دوران مادها است که در شهر همدان{آمادان} قرار دارد.

نمای امروزی قسمتی از شهر زیرزمینی هگمتانه